WO2012053639A1 - 超音波探傷装置、超音波トランスデューサ、及び超音波探傷方法 - Google Patents

超音波探傷装置、超音波トランスデューサ、及び超音波探傷方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic flaw detector that inspects the state of internal defects in a curved portion of a laminated part made of a composite material, an ultrasonic transducer that is a main component of the ultrasonic flaw detector, and the like.
  • an ultrasonic transducer that transmits and receives ultrasonic waves is usually used.
  • the ultrasonic transducer includes a transducer main body, and the transducer main body has a vibration surface having a curved shape in a side view corresponding to the curved surface on the large diameter side or the curved surface on the small diameter side in the curved portion of the laminated component. ing.
  • a plurality of vibrators are arranged on the vibration surface of the transducer body along the bending direction of the vibration surface of the transducer body, and each vibrator transmits ultrasonic waves toward the curved portion side of the laminated component. Or a reflected wave from the curved portion side of the laminated component, and is electrically connected to the control unit.
  • the ultrasonic transducer when inspecting the state of the internal defect in the curved part of the laminated part, first, the ultrasonic transducer is moved relative to the laminated part, so that the vibration surface of the transducer body is changed in the curved part of the laminated part. It is made to oppose the large-diameter side curved surface or the small-diameter side curved surface. Then, the ultrasonic waves transmitted from the plurality of vibrators are incident on the curved part side of the multilayer component, and the reflected waves are received from the curved part side of the multilayer component by the plural vibrators. Thereby, the state of the internal defect in the curved part of a laminated component can be inspected nondestructively by the control unit based on the received signals (flaw detection signals from the ultrasonic transducer) from the plurality of transducers.
  • the prior art relating to the present invention includes, for example, Japanese Patent Publication No. 2003-90829 and Japanese Patent Laid-Open No. 6-18488.
  • the ultrasonic intensity of the reflected wave decreases, and the ultrasonic transducer sufficiently absorbs the reflected wave due to internal defects in the curved portion of the multilayer component. Cannot be detected.
  • the detection sensitivity of the reflected wave received by the transducer is increased, the noise echo increases, and the SN ratio (defect echo intensity and noise echo intensity of the flaw detection signal (received signal from the transducer) from the ultrasonic transducer is increased. Ratio) is low.
  • an ultrasonic flaw detector an ultrasonic transducer and the like having a high SN ratio and improved flaw detection accuracy.
  • the ultrasonic transducer has a transducer body having a vibration surface having a curved shape in a side view corresponding to a curved surface on the large diameter side or a curved surface on the small diameter side in the curved portion of the laminated component on the tip side,
  • the vibration surface of the transducer body is arranged in a matrix in the bending direction (bending direction) of the vibration surface of the transducer body and the width direction of the transducer body (in other words, the direction orthogonal to the side surface of the contact body).
  • a plurality of transducers that transmit ultrasonic waves toward the curved portion side of the laminated component or receive reflected waves from the curved portion side of the laminated component.
  • the control unit is configured to transmit the transducer for transmission and the transducer for reception based on a preset transmission / reception pattern in each transducer group including the plurality of transducers arranged in the width direction. While switching along the width direction, processing by the aperture synthesis method (reception signal superimposition processing) is sequentially performed based on the reception signal from the transducer for reception.
  • the “internal defect state” means the presence or absence of an internal defect, the size of the internal defect, the position of the internal defect, etc.
  • a side-view curved shape corresponding to means a side-view curved shape along a curved surface and a shape along a surface obtained by inverting the curved surface.
  • the “transmission transducer” refers to the transducer selected to transmit ultrasonic waves, and the “reception transducer” is selected to receive reflected waves.
  • the said vibrator oscillator said.
  • an ultrasonic transducer used for inspecting the state of an internal defect in a curved portion (bent portion) of a laminated part made of a composite material and transmitting / receiving ultrasonic waves is provided on the tip side.
  • a transducer body having a curved vibration surface in a side view corresponding to a curved surface on the large diameter side or a curved surface on the small diameter side in the curved portion of the laminated component, and the vibration surface of the transducer body on the vibration surface of the transducer body Are arranged in a matrix in the bending direction of the transducer body and the width direction of the transducer body, that is, the direction orthogonal to the side surface of the contactor body, and transmit ultrasonic waves toward the bending portion side of the laminated part, or the laminated part And a plurality of transducers for receiving reflected waves from the bending portion side.
  • an ultrasonic flaw detection method for inspecting a state of an internal defect in a curved portion (bent portion) of a laminated part made of a composite material using the ultrasonic transducer having the second feature. Then, by moving the ultrasonic transducer relative to the laminated component, the vibration surface of the transducer body is opposed to the large-diameter curved surface or the small-diameter curved surface of the curved portion of the laminated component.
  • the transducer group configured by a plurality of the transducers arranged in the width direction under a state in which an acoustic medium is interposed between the curved portion of the laminated component and the ultrasonic transducer , While switching the transducer for transmission and the transducer for reception along the width direction based on a preset transmission / reception pattern,
  • the ultrasonic wave transmitted from the moving element is made incident on the curved portion of the multilayer component, and the reflected wave is received from the curved portion side of the multilayer component by the transducer for reception.
  • the processing by the aperture synthesis method is performed on the basis of the received signal from all the transducer groups, and in all other transducer groups, the transducer for transmission and the transducer for reception are switched along the width direction while receiving.
  • the state of the internal defect in the curved portion of the multilayer component is inspected by sequentially performing processing by an aperture synthesis method based on a reception signal from the vibrator.
  • FIG. 1 is an enlarged side view of an ultrasonic transducer according to an embodiment of the present invention.
  • 3A is a view taken along line IIIB-IIIB in FIG. 4B
  • FIG. 3B is a plan view of the vibration surface of the transducer body in the ultrasonic transducer according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4A is a front view of the ultrasonic transducer according to the embodiment of the present invention
  • FIG. 4B is a side view of the ultrasonic transducer according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of an ultrasonic flaw detector according to an embodiment of the present invention.
  • an ultrasonic flaw detector 1 is an apparatus that inspects the state of internal defects in a curved portion (bent portion) Wc of a laminated component W made of a composite material.
  • the ultrasonic transducer 3 that transmits and receives the sound wave S (see FIG. 2) through the acoustic medium M, and the control for performing the inspection process of the internal defect state of the curved portion Wc of the multilayer component W based on the flaw detection signal from the ultrasonic transducer 3 Unit 5 is provided.
  • the laminated part W is a casing as an aircraft part composed of a fiber reinforced composite material (FRP), and the curved part Wc of the laminated part W is a root part of the flange of the casing.
  • the acoustic medium M is a liquid such as water or a solid.
  • the specific configuration of the ultrasonic transducer 3 according to the embodiment of the present invention is as follows.
  • the ultrasonic transducer 3 includes a transducer main body 7, and this transducer main body 7 has a curved surface on the large-diameter side in the curved portion Wc of the laminated component W on the distal end side.
  • the vibration surface 9 has a curved shape along the side view.
  • the transducer body 7 instead of the transducer body 7 having the vibration surface 9 having a curved shape in a side view along the curved surface on the large diameter side in the curved portion Wc of the multilayer component W, the transducer body 7 corresponds to the curved surface on the small diameter side in the curved portion Wc of the multilayer component W. It may be a shape.
  • a plurality of (8 ⁇ 8 in the embodiment of the present invention) piezoelectric vibrators 11 are provided with the bending direction AD of the vibration surface 9 of the transducer body 7 and the width of the transducer body 7. It is arranged in a matrix in the direction, that is, the direction BD orthogonal to the side surface of the transducer body 7.
  • Each piezoelectric vibrator 11 transmits the ultrasonic wave S toward the curved portion Wc side of the multilayer component W or receives the reflected wave S from the curved portion Wc side of the multilayer component W.
  • Each piezoelectric vibrator 11 is made of a composite material or a ceramic material, and is connected to the control unit 5.
  • one piezoelectric vibrator group 11G is constituted by eight piezoelectric vibrators 11 arranged in the width direction BD, and the number of piezoelectric vibrator groups 11G is eight. .
  • a damper (not shown) that absorbs excess vibration of the plurality of piezoelectric vibrators 11 is provided inside the transducer body 7.
  • control unit 5 The specific configuration of the control unit 5 according to the embodiment of the present invention is as follows.
  • the control unit 5 includes a signal generator 13 that supplies a drive signal (transmission signal) to the piezoelectric vibrator 11 and a reception signal from the piezoelectric vibrator 11 (a flaw detection signal from the ultrasonic transducer 3).
  • the receiver 15 is provided.
  • the signal generator 13 and the plurality of piezoelectric vibrators 11 described above are connected to the switching circuit 17, and the switching circuit 17 puts the selected piezoelectric vibrator 11 and the signal generator 13 into a connected state and a disconnected state. Switching is possible.
  • the receiver 15 and the plurality of piezoelectric vibrators 11 are connected to a signal detection circuit 19, and the signal detection circuit 19 can switch the selected piezoelectric vibrator 11 and the receiver 115 between a connected state and a cutoff state. It is.
  • the switching circuit 17 moves the transmission (T) piezoelectric vibrator 11 in each piezoelectric vibrator group 11G in the width direction BD based on a preset first transmission / reception pattern. It is divided into 8 steps along.
  • the signal detection circuit 19 can switch the receiving (R) piezoelectric vibrator 11 in each piezoelectric vibrator group 11G in eight stages along the width direction BD based on the first transmission / reception pattern.
  • the transmission / reception piezoelectric vibrators 11 (transmission piezoelectric vibrators) in each piezoelectric vibrator group 11G based on a preset second transmission / reception pattern. 11 and the receiving piezoelectric vibrator 11) can be switched in eight stages along the width direction BD.
  • the transmission piezoelectric vibrator 11 is located in an intermediate region in the width direction BD on the vibration surface 9 of the transducer body 7, and the reception (R) piezoelectric vibrator 11 is The transmission (T) piezoelectric vibrator 11 is sandwiched from both sides in the width direction BD.
  • a signal processing unit 21 is connected to the receiver 15, and the signal processing unit 21 opens in each piezoelectric vibrator group 11 ⁇ / b> G based on a reception signal obtained by amplifying a signal received by the receiving piezoelectric vibrator 11. Processing by the combining method (reception signal superimposition processing) is sequentially performed. In the processing by the aperture synthesis method, system information such as the positional relationship between the ultrasonic transducer 3 and the curved portion Wc of the laminated component W, the flaw detection frequency of the ultrasonic transducer 3, the sound velocity in the laminated component W and the acoustic medium M, and the like. Is used. Further, the signal processing unit 21 is connected to a display unit (not shown) that displays the result of processing by the signal processing unit 21 (aperture composite image or the like) and positional information of the transducer 3.
  • the ultrasonic flaw detection method according to the embodiment of the present invention will be described including its operation.
  • the vibration surface 9 of the transducer body 7 is opposed to the curved surface on the large diameter side in the curved portion Wc of the laminated component W.
  • the ultrasonic wave S transmitted from the transmission piezoelectric vibrator 11 is bent in the multilayer component W under the state where the acoustic medium M is interposed between the curved portion Wc of the multilayer component W and the ultrasonic transducer 3.
  • the reflected wave S is received by the receiving piezoelectric vibrator 11 by being incident on the portion Wc.
  • the transmission / reception piezoelectric vibrator 11 in any one of the piezoelectric vibrator groups 11G is moved by the switching circuit 17 and the signal detection circuit 19 along the width direction BD based on the first transmission / reception pattern or the second transmission / reception pattern.
  • Switch to stage or four stages see FIGS. 5 and 6).
  • the ultrasonic wave S transmitted from the transmission piezoelectric vibrator 11 is made incident on the curved portion Wc of the multilayer component W, and the reflected wave is reflected from the curved portion Wc side of the multilayer component W by the reception piezoelectric vibrator 11. S is received (see FIG. 2).
  • the signal processing unit 21 performs processing by the aperture synthesis method based on the received signal from the receiving piezoelectric vibrator 11 in any of the piezoelectric vibrator groups 11G.
  • the switching circuit 17 and the signal detection circuit 19 make the transmission / reception piezoelectric vibrator 11 8 along the width direction BD based on the first transmission / reception pattern or the second transmission / reception pattern.
  • the signal processing unit 21 sequentially performs processing by the aperture synthesis method based on the reception signal from the reception piezoelectric vibrator 11 while switching between the stages or the four stages.
  • the control unit 5 inspects the state of internal defects (presence / absence of internal defects, size of internal defects, position of internal defects, etc.) by the control unit 5 for a partial region in the circumferential direction in the curved portion Wc of the multilayer component W. (Flaw detection processing) can be performed, in other words, the state of internal defects can be inspected (flaw detection).
  • the ultrasonic transducer 3 is moved in the circumferential direction relative to the multilayer component W, By continuing the processing as described above, the state of the internal defect can be inspected for the entire circumferential region in the curved portion Wc of the multilayer component W.
  • each piezoelectric vibrator group 11G is formed by the switching circuit 17 and the signal detection circuit 19.
  • the signal processing unit 21 performs processing by the aperture synthesis method on the basis of the received signal from the receiving piezoelectric vibrator 11 in each piezoelectric vibrator group 11G while switching the transmitting / receiving piezoelectric vibrator 11 along the width direction BD. It can be carried out.
  • the detection sensitivity of the reflected wave S received by the receiving piezoelectric vibrator 11 is set high.
  • the reflected wave S due to the internal defect in the curved portion Wc of the multilayer component W can be detected sufficiently and reliably by the ultrasonic transducer 3.
  • the embodiment of the present invention even if the number of layers of the multilayer component W increases and the thickness of the curved portion Wc of the multilayer component W increases, noise echo is reduced and the ultrasonic transducer 3
  • the SN ratio of the flaw detection signal (reception signal from the receiving piezoelectric vibrator 11) can be increased, and the inspection accuracy (flaw detection accuracy) of the state of the internal defect in the curved portion Wc of the multilayer component W can be improved.
  • the receiving piezoelectric vibrator 11 suitable for receiving the reflected wave S by limiting the inspection range (flaw detection range) by the ultrasonic transducer 3.
  • the processing by the aperture synthesis method can be performed on the basis of the received signal from, and the inspection accuracy of the state of the internal defect in the curved portion Wc of the laminated component W can be further improved.
  • the ultrasonic transducer is moved relative to the laminated component, so that the vibration surface of the transducer body is at the curved portion of the laminated component. It is made to oppose the large-diameter side curved surface or the small-diameter side curved surface.
  • transmission is performed from the transducer for transmission while the transducer for transmission and the transducer for reception in one of the transducer groups are switched along the width direction of the transducer based on the transmission / reception pattern by the control unit.
  • the ultrasonic wave thus made is incident on the curved portion of the laminated component, and the reflected wave is received from the curved portion side of the laminated component by the receiving vibrator.
  • the control unit performs processing by the aperture synthesis method based on the reception signal from the transducer for reception in one of the transducer groups. Similarly, in all the other transducer groups, the control unit switches the transducer for transmission and the transducer for reception along the width direction, while changing from the transducer for reception to the reception signal. Based on this, processing by the aperture synthesis method is sequentially performed. Thereby, the control unit can perform the inspection process of the state of the internal defect in the curved portion of the multilayer component, in other words, the state of the internal defect in the curved portion of the multilayer component. Can do.
  • a plurality of the vibrators are arranged in a matrix in the bending direction and the width direction on the vibration surface of the transducer body. While sequentially switching the transducer for transmission and the transducer for reception in the group along the width direction based on the transmission / reception pattern, the processing by the aperture synthesis method is sequentially performed based on the reception signal from the transducer for reception. It can be carried out.
  • the ultrasonic transducer can sufficiently and reliably detect a reflected wave due to the internal defect in the curved portion of the laminated component.
  • the plurality of transducers are arranged in a matrix in the bending direction and the width direction on the vibration surface of the transducer body.
  • the transducer for reception while switching the transducer for transmission and the transducer for reception in each transducer group along the width direction based on the transmission / reception pattern by the control unit. From the received signal, processing by the aperture synthesis method can be performed.
  • the ultrasonic transducer can sufficiently and reliably detect a reflected wave due to the internal defect in the curved portion of the laminated component.
  • the ultrasonic transducer even if the number of layers of the multilayer component is increased and the thickness of the curved portion of the multilayer component is thick, a reflected wave due to the internal defect in the curved portion of the multilayer component is caused by the ultrasonic transducer. Since it can be detected sufficiently and reliably, noise echo is reduced, the SN ratio of the flaw detection signal from the ultrasonic transducer is increased, and the inspection accuracy of the state of the internal defect in the curved portion of the laminated part is improved. Can do.

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Abstract

　トランスデューサ本体７は、先端側に、積層部品Ｗの湾曲部Ｗｃにおける大径側の曲面に沿った側面視湾曲形状の振動面９を有し、トランスデューサ本体７の振動面９に複数の圧電振動子１１が湾曲方向ＡＤ及び幅方向ＢＤにマトリックス状に配設される。制御ユニット５は、各振動子群１１Ｇにおいて、予め設定された送受信パターンに基づいて送信用の圧電振動子１１及び受信用の圧電振動子１１を幅方向ＢＤに沿って切り替えつつ、受信用の圧電振動子１１から受信信号に基づいて開口合成法による処理を順次行う。

Description

超音波探傷装置、超音波トランスデューサ、及び超音波探傷方法
　本発明は、複合材料からなる積層部品の湾曲部における内部欠陥の状態を検査する超音波探傷装置、及び超音波探傷装置の主要な構成要素である超音波トランスデューサ等に関する。
　繊維強化複合材料（ＦＲＰ）等の複合材料からなる積層部品の湾曲部における内部欠陥の状態を検査する際には、通常、超音波を送受信する超音波トランスデューサが用いられている。
　超音波トランスデューサは、トランスデューサ本体を備えており、このトランスデューサ本体は、先端側に、積層部品の湾曲部における大径側の曲面又は小径側の曲面に対応する側面視湾曲形状の振動面を有している。また、トランスデューサ本体の振動面には、複数の振動子がトランスデューサ本体の振動面の湾曲方向に沿って配設されおり、各振動子は、積層部品の湾曲部側に向かって超音波を送信したり又は積層部品の湾曲部側からの反射波を受信するものであって、制御ユニットに電気的に接続されている。
　従って、積層部品の湾曲部における内部欠陥の状態を検査する際には、まず、超音波トランスデューサを積層部品に対して相対的に移動させることにより、トランスデューサ本体の振動面を積層部品の湾曲部における大径側の曲面又は小径側の曲面に対向させる。そして、複数の振動子から送信された超音波を積層部品の湾曲部側に入射させて、複数の振動子によって積層部品の湾曲部側から反射波を受信する。これにより、制御ユニットによって複数の振動子から受信信号（超音波トランスデューサからの探傷信号）に基づいて積層部品の湾曲部における内部欠陥の状態を非破壊検査することができる。
　なお、本発明に関連する先行技術はたとえば日本国特許公開公報特開２００３－９０８２９号および特開平６－１８４８８号がある。
　ところで、積層部品の層数が増えて、積層部品の湾曲部の肉厚が厚くなると、反射波の超音波強度が小さくなり、超音波トランスデューサによって積層部品の湾曲部における内部欠陥による反射波を十分に検出できなくなる。一方、振動子が受信する反射波の検出感度を高めると、ノイズエコーが増大して、超音波トランスデューサから探傷信号（振動子からの受信信号）のＳＮ比（欠陥エコーの強度とノイズエコー強度の比）が低くなる。
　したがって、積層部品の層数が増えて、積層部品の湾曲部の肉厚が厚くなると、積層部品の湾曲部における内部欠陥の状態の検査精度を向上させることは困難であるという問題があった。
　本発明によれば、ＳＮ比が高く探傷精度が向上した超音波探傷装置及び超音波トランスデューサ等を提供することができる。
　本発明の第１の特徴によれば、複合材料からなる積層部品の湾曲部（曲がり部）における内部欠陥の状態を検査する超音波探傷装置は、超音波を送受信する超音波トランスデューサと、前記超音波トランスデューサからの探傷信号（受信信号）に基づいて前記積層部品の前記湾曲部の前記内部欠陥の状態の検査処理を行う制御ユニットとを具備することを特徴とする。より詳細には、前記超音波トランスデューサは、先端側に前記積層部品の前記湾曲部における大径側の曲面又は小径側の曲面に対応する側面視湾曲形状の振動面を有したトランスデューサ本体と、前記トランスデューサ本体の前記振動面に前記トランスデューサ本体の前記振動面の湾曲方向（曲がり方向）及び前記トランスデューサ本体の幅方向（換言すれば、前記接触本体の側面に直交する方向）にマトリックス状に配設され、前記積層部品の前記湾曲部側に向かって超音波を送信したり又は前記積層部品の前記湾曲部側から反射波を受信したりする複数の振動子とを備える。前記制御ユニットは、前記幅方向に並んだ複数の前記振動子によって構成される各振動子群において、予め設定された送受信パターンに基づいて送信用の前記振動子及び受信用の前記振動子を前記幅方向に沿って切り替えつつ、受信用の前記振動子から受信信号に基づいて開口合成法による処理（受信信号の重ね合わせ処理）を順次行う。
　ここで、本願の明細書及び特許請求の範囲の記載において、「内部欠陥の状態」とは、内部欠陥の有無、内部欠陥の大きさ、内部欠陥の位置等を含む意であって、「曲面に対応する側面視湾曲形状」とは、曲面に沿った側面視湾曲形状、曲面を反転させた面に沿った形状を含む意である。また、「送信用の前記振動子」とは、超音波を送信するように選択された前記振動子のことをいい、「受信用の前記振動子」とは、反射波を受信するように選択された前記振動子のことをいう。
　本発明の第２の特徴によれば、複合材料からなる積層部品の湾曲部（曲がり部）における内部欠陥の状態を検査する際に用いられ、超音波を送受信する超音波トランスデューサは、先端側に前記積層部品の前記湾曲部における大径側の曲面又は小径側の曲面に対応する側面視湾曲形状の振動面を有したトランスデューサ本体と、前記トランスデューサ本体の前記振動面に前記トランスデューサ本体の前記振動面の湾曲方向及び前記トランスデューサ本体の幅方向すなわち前記接触子本体の側面に直交する方向にマトリックス状に配設され、前記積層部品の前記湾曲部側に向かって超音波を送信したり又は前記積層部品の前記湾曲部側からの反射波を受信したりする複数の振動子とを備えることを特徴とする。
　本発明の第３の特徴によれば、第２の特徴からなる超音波トランスデューサを用い、複合材料からなる積層部品の湾曲部（曲がり部）における内部欠陥の状態を検査する超音波探傷方法であって、前記超音波トランスデューサを前記積層部品に対して相対的に移動させることにより、前記トランスデューサ本体の前記振動面を前記積層部品の前記湾曲部における大径側の曲面又は小径側の曲面に対向させて、前記積層部品の前記湾曲部と前記超音波トランスデューサの間に音響媒体を介在させた状態の下で、前記幅方向に並んだ複数の前記振動子によって構成されるいずれかの前記振動子群において、予め設定された送受信パターンに基づいて送信用の前記振動子及び受信用の前記振動子を前記幅方向に沿って切り替えつつ、送信用の前記振動子から送信された超音波を前記積層部品の前記湾曲部に入射させて、受信用の前記振動子によって前記積層部品の前記湾曲部側から反射波を受信して、受信用の前記振動子から受信信号に基づいて開口合成法による処理を行い、その他全ての前記振動子群においても、送信用の前記振動子及び受信用の前記振動子を前記幅方向に沿って切り替えつつ、受信用の前記振動子から受信信号に基づいて開口合成法による処理を順次行うことにより、前記積層部品の前記湾曲部における前記内部欠陥の状態を検査することを特徴とする。
本発明の実施形態に係る超音波探傷装置の制御ブロック図である。 本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサの拡大側面図である。 図３（ａ）は、図４（ｂ）におけるIIIB-IIIB線に沿った図、図３（ｂ）は、本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサにおけるトランスデューサ本体の振動面を平面に展開した図である。 図４（ａ）は、本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサの正面図、図４（ｂ）は、本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサの側面図である。 第１送受信パターンに基づく送信用の圧電振動子及び受信用の圧電振動子の切り替えについて説明する図である。 第２送受信パターンに基づく送信用の圧電振動子及び受信用の圧電振動子の切り替えについて説明する図である。 本発明の実施形態に係る超音波探傷装置の概略的な構成を示す斜視図である。
　本発明の実施形態について図１から図７を参照して説明する。
　図７に示すように、本発明の実施形態に係る超音波探傷装置１は、複合材料からなる積層部品Ｗの湾曲部（曲がり部）Ｗｃにおける内部欠陥の状態を検査する装置であって、超音波Ｓ（図２参照）を音響媒体Ｍを通して送受信する超音波トランスデューサ３と、この超音波トランスデューサ３からの探傷信号に基づいて積層部品Ｗの湾曲部Ｗｃの内部欠陥の状態の検査処理を行う制御ユニット５とを具備している。ここで、本発明の実施形態にあっては、積層部品Ｗは繊維強化複合材料（ＦＲＰ）により構成された航空機部品としてのケーシングであり、積層部品Ｗの湾曲部Ｗｃはケーシングのフランジの付け根部のことであり、音響媒体Ｍは水等の液体又は固体である。
　本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサ３の具体的な構成は次のようになる。
　即ち、図１から図４に示すように、超音波トランスデューサ３は、トランスデューサ本体７を備えており、このトランスデューサ本体７は、先端側に、積層部品Ｗの湾曲部Ｗｃにおける大径側の曲面に沿った側面視湾曲形状の振動面９を有する。なお、トランスデューサ本体７が積層部品Ｗの湾曲部Ｗｃにおける大径側の曲面に沿った側面視湾曲形状の振動面９を有する代わりに、積層部品Ｗの湾曲部Ｗｃにおける小径側の曲面に対応する形状であっても構わない。
　トランスデューサ本体７の振動面９には、複数（本発明の実施形態にあっては、８×８個）の圧電振動子１１がトランスデューサ本体７の振動面９の湾曲方向ＡＤ及びトランスデューサ本体７の幅方向すなわちトランスデューサ本体７の側面に直交する方向ＢＤにマトリックス状に配設されている。各圧電振動子１１は、積層部品Ｗの湾曲部Ｗｃ側に向かって超音波Ｓを送信し又は積層部品Ｗの湾曲部Ｗｃ側から反射波Ｓを受信したりする。また、各圧電振動子１１は、コンポジット材又はセラミックス材により構成されてあって、制御ユニット５に接続されている。本発明の実施形態にあっては、幅方向ＢＤに並んだ８個の圧電振動子１１によって１つの圧電振動子群１１Ｇが構成されており、圧電振動子群１１Ｇの群数は８つである。
　なお、トランスデューサ本体７の内部には、複数の圧電振動子１１の余分な振動を吸収するダンパー（図示省略）が設けられている。
　本発明の実施形態に係る制御ユニット５の具体的な構成は、次のようになる。
　図１に示すように、制御ユニット５は、圧電振動子１１に駆動信号（送信信号）を供給する信号発生部１３、及び圧電振動子１１からの受信信号（超音波トランスデューサ３からの探傷信号）を増幅するレシーバー１５を備えている。そして、信号発生部１３及び前述の複数の圧電振動子１１は、スイッチング回路１７に接続されており、このスイッチング回路１７は、選択した圧電振動子１１と信号発生部１３を接続状態と遮断状態に切り替え可能である。また、レシーバー１５及び前述の複数の圧電振動子１１は、信号検出回路１９に接続されており、この信号検出回路１９は、選択した圧電振動子１１とレシーバー１１５を接続状態と遮断状態に切り替え可能である。
　具体的には、図５に示すように、スイッチング回路１７は、予め設定された第１送受信パターンに基づいて各圧電振動子群１１Ｇにおける送信用（Ｔ）の圧電振動子１１を幅方向ＢＤに沿って８段階に分けて切り替える。同様に、信号検出回路１９は、第１送受信パターンに基づいて各圧電振動子群１１Ｇにおける受信用（Ｒ）の圧電振動子１１を幅方向ＢＤに沿って８段階に分けて切り替えることができる。
　また、第１送受信パターンに基づく代わりに、図６に示すように、予め設定された第２送受信パターンに基づいて各圧電振動子群１１Ｇにおける送受信用の圧電振動子１１（送信用の圧電振動子１１及び受信用の圧電振動子１１）を幅方向ＢＤに沿って８段階に分けて切り替えることも可能である。なお、第２送受信パターンに基づく場合において、送信用の圧電振動子１１は、トランスデューサ本体７の振動面９における幅方向ＢＤの中間領域内に位置し、受信用（Ｒ）の圧電振動子１１は、送信用（Ｔ）の圧電振動子１１を幅方向ＢＤの両側から挟むように構成される。
　レシーバー１５には、信号処理部２１が接続されており、この信号処理部２１は、各圧電振動子群１１Ｇにおいて、受信用の圧電振動子１１が受信した信号を増幅した受信信号に基づいて開口合成法による処理（受信信号の重ね合わせ処理）を順次行うものである。また、開口合成法による処理にあっては、超音波トランスデューサ３と積層部品Ｗの湾曲部Ｗｃとの位置関係、超音波トランスデューサ３の探傷周波数、積層部品Ｗ及び音響媒体Ｍにおける音速等のシステム情報が用いられる。更に、信号処理部２１には、信号処理部２１による処理結果（開口合成像等）とトランスデューサ３の位置情報を結合して表示する表示部（図示省略）が接続されている。
　本発明の実施形態に係る超音波探傷方法について作用を含めて説明する。
　超音波トランスデューサ３を積層部品Ｗに対して相対的に移動させることにより、トランスデューサ本体７の振動面９を積層部品Ｗの湾曲部Ｗｃにおける大径側の曲面に対向させる。次に、積層部品Ｗの湾曲部Ｗｃと超音波トランスデューサ３の間に音響媒体Ｍを介在させた状態の下で、送信用の圧電振動子１１から送信された超音波Ｓを積層部品Ｗの湾曲部Ｗｃに入射させて、受信用の圧電振動子１１によって反射波Ｓを受信する。より詳細には、スイッチング回路１７及び信号検出回路１９によっていずれかの圧電振動子群１１Ｇにおける送受信用の圧電振動子１１を第１送受信パターン又は第２送受信パターンに基づいて幅方向ＢＤに沿って８段階又は４段階に切り替える（図５及び図６参照）。各段階において、送信用の圧電振動子１１から送信された超音波Ｓを積層部品Ｗの湾曲部Ｗｃに入射させて、受信用の圧電振動子１１によって積層部品Ｗの湾曲部Ｗｃ側から反射波Ｓを受信する（図２参照）。そして、信号処理部２１によっていずれかの圧電振動子群１１Ｇにおける受信用の圧電振動子１１から受信信号に基づいて開口合成法による処理を行う。
　同様に、その他全ての圧電振動子群１１Ｇにおいても、スイッチング回路１７及び信号検出回路１９によって送受信用の圧電振動子１１を第１送受信パターン又は第２送受信パターンに基づいて幅方向ＢＤに沿って８段階又は４段階に切り替えつつ、信号処理部２１によって受信用の圧電振動子１１から受信信号に基づいて開口合成法による処理を順次行う。これにより、積層部品Ｗの湾曲部Ｗｃにおける円周方向の一部の領域について、制御ユニット５によって内部欠陥の状態（内部欠陥の有無、内部欠陥の大きさ、内部欠陥の位置等）の検査処理（探傷処理）を行うことができ、換言すれば、内部欠陥の状態を検査（探傷）することができる。
　積層部品Ｗの湾曲部Ｗｃにおける円周方向の一部の検査領域について、内部欠陥の状態を検査した後に、超音波トランスデューサ３を積層部品Ｗに対して相対的に円周方向へ移動させつつ、前述のような処理を継続することにより、積層部品Ｗの湾曲部Ｗｃにおける円周方向の全領域について、内部欠陥の状態を検査することができる。
　要するに、トランスデューサ本体７の振動面９に複数の圧電振動子１１が湾曲方向ＡＤ及び幅方向ＢＤにマトリックス状に配設されているため、スイッチング回路１７及び信号検出回路１９によって各圧電振動子群１１Ｇにおける送受信用の圧電振動子１１を幅方向ＢＤに沿って切り替えつつ、信号処理部２１によって各圧電振動子群１１Ｇにおける受信用の圧電振動子１１からの受信信号に基づいて開口合成法による処理を行うことができる。これにより、積層部品Ｗの層数が増えて、積層部品Ｗの湾曲部Ｗｃの肉厚が厚くなっても、受信用の圧電振動子１１で受信される反射波Ｓの検出感度を高く設定することなく、超音波トランスデューサ３によって積層部品Ｗの湾曲部Ｗｃにおける内部欠陥による反射波Ｓを十分かつ確実に検出することができる。
　従って、本発明の実施形態によれば、積層部品Ｗの層数が増えて、積層部品Ｗの湾曲部Ｗｃの肉厚が厚くなっても、ノイズエコーを低減して、超音波トランスデューサ３からの探傷信号（受信用の圧電振動子１１からの受信信号）のＳＮ比を高めて、積層部品Ｗの湾曲部Ｗｃにおける内部欠陥の状態の検査精度（探傷精度）を向上させることができる。
　特に、図６に示すように、第２送受信パターンに基づく場合には、超音波トランスデューサ３による検査範囲（探傷範囲）を限定して、反射波Ｓの受信に適した受信用の圧電振動子１１からの受信信号に基づいて開口合成法による処理を行うことができ、積層部品Ｗの湾曲部Ｗｃにおける内部欠陥の状態の検査精度をより向上させることができる。
　以上述べたように、本発明の第１および第２の特徴によれば、超音波トランスデューサを積層部品に対して相対的に移動させることにより、トランスデューサ本体の振動面を前記積層部品の湾曲部における大径側の曲面又は小径側の曲面に対向させる。次に、制御ユニットによっていずれかの振動子群における送信用の振動子及び受信用の振動子を送受信パターンに基づいて前記トランスデューサーの幅方向に沿って切り替えつつ、送信用の前記振動子から送信された超音波を前記積層部品の前記湾曲部に入射させて、受信用の前記振動子によって前記積層部品の前記湾曲部側から反射波を受信する。そして、前記制御ユニットによっていずれかの前記振動子群における受信用の前記振動子から受信信号に基づいて開口合成法による処理を行う。同様に、その他全ての前記振動子群においても、前記制御ユニットによって送信用の前記振動子及び受信用の前記振動子を前記幅方向に沿って切り替えつつ、受信用の前記振動子から受信信号に基づいて開口合成法による処理を順次行う。これにより、前記制御ユニットによって前記積層部品の前記湾曲部における前記内部欠陥の状態の検査処理を行うことができ、換言すれば、前記積層部品の前記湾曲部における前記内部欠陥の状態を検査することができる。
　要するに、前記超音波トランスデューサにあっては、前記トランスデューサ本体の前記振動面に複数の前記振動子が前記湾曲方向及び前記幅方向にマトリックス状に配設されているため、前記制御ユニットによって各振動子群における送信用の前記振動子及び受信用の前記振動子を前記送受信パターンに基づいて前記幅方向に沿って切り替えつつ、受信用の前記振動子から受信信号に基づいて開口合成法による処理を順次行うことができる。これにより、前記積層部品の層数が増えて、前記積層部品の湾曲部の肉厚が厚くなっても、受信用の前記振動子に受信される反射波の検出感度を高く設定することなく、前記超音波トランスデューサによって前記積層部品の前記湾曲部における前記内部欠陥による反射波を十分かつ確実に検出することができる。
　本発明の第３の特徴によると、前記超音波トランスデューサにあっては、前記トランスデューサ本体の前記振動面に複数の前記振動子が前記湾曲方向及び前記幅方向にマトリックス状に配設されているため、前述のように、前記制御ユニットによって各振動子群における送信用の前記振動子及び受信用の前記振動子を前記送受信パターンに基づいて前記幅方向に沿って切り替えつつ、受信用の前記振動子から受信信号に基づいて開口合成法による処理を行うことができる。これにより、前記積層部品の層数が増えて、前記積層部品の湾曲部の肉厚が厚くなっても、受信用の前記振動子に受信される反射波の検出感度を高く設定することなく、前記超音波トランスデューサによって前記積層部品の前記湾曲部における前記内部欠陥による反射波を十分かつ確実に検出することができる。
　本発明によれば、前記積層部品の層数が増えて、前記積層部品の湾曲部の肉厚が厚くても、前記超音波トランスデューサによって前記積層部品の前記湾曲部における前記内部欠陥による反射波を十分かつ確実に検出できるため、ノイズエコーを低減して、前記超音波トランスデューサからの探傷信号のＳＮ比を高めて、前記積層部品の前記湾曲部における前記内部欠陥の状態の検査精度を向上させることができる。
　本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものではなく、種々の態様で実施可能である。また、本発明に包含される権利範囲は、これらの実施形態に限定されないものである。
　（米国指定）
　本国際特許出願は米国指定に関し、２０１０年１０月２２日に出願された日本国特許出願第２０１０－２３７６４９号（２０１０年１０月２２日出願）について米国特許法第１１９条（ａ）に基づく優先権の利益を援用し、当該開示内容を引用する。

Claims (8)

  1. 　複合材料からなる積層部品の湾曲部における内部欠陥の状態を検査する超音波探傷装置であって、
    　超音波を送受信する超音波トランスデューサと、
    　前記超音波トランスデューサからの探傷信号に基づいて前記積層部品の前記湾曲部の前記内部欠陥の状態の検査処理を行う制御ユニットとを具備し、
    　前記超音波トランスデューサは、
    　先端側に前記積層部品の前記湾曲部における大径側の曲面又は小径側の曲面に対応する側面視湾曲形状の振動面を有したトランスデューサ本体と、
    　前記トランスデューサ本体の前記振動面に前記トランスデューサ本体の前記振動面の湾曲方向及び前記トランスデューサ本体の幅方向にマトリックス状に配設され、前記積層部品の前記湾曲部側に向かって超音波を送信したり又は前記積層部品の前記湾曲部側から反射波を受信したりする複数の振動子とを備え、
    　前記制御ユニットは、
    　前記幅方向に並んだ複数の前記振動子によって構成される各振動子群において、予め設定された送受信パターンに基づいて送信用の前記振動子及び受信用の前記振動子を前記幅方向に沿って切り替えつつ、受信用の前記振動子からの受信信号に基づいて開口合成法による処理を順次行うことを特徴とする超音波探傷装置。
  2. 　送信用の前記振動子は、前記トランスデューサ本体の前記振動面における前記幅方向の中間領域内に位置してあって、受信用の前記振動子は送信用の前記振動子を前記幅方向の両側から挟むように構成されることを特徴とする請求項１に記載の超音波探傷装置。
  3. 　複合材料からなる積層部品の湾曲部における内部欠陥の状態を検査する際に用いられ、超音波を送受信する超音波トランスデューサであって、
    　先端側に前記積層部品の前記湾曲部における大径側の曲面又は小径側の曲面に対応する側面視湾曲形状の振動面を有したトランスデューサ本体と、
    　前記トランスデューサ本体の前記振動面に前記トランスデューサ本体の前記振動面の湾曲方向及び前記トランスデューサ本体の幅方向にマトリックス状に配設され、前記積層部品の前記湾曲部側に向かって超音波を送信したり又は前記積層部品の前記湾曲部側からの反射波を受信したりする複数の振動子とを備えたことを特徴とする超音波トランスデューサ。
  4. 　請求項３に記載の超音波トランスデューサを用い、複合材料からなる積層部品の湾曲部における内部欠陥の状態を検査する超音波探傷方法であって、
    　前記超音波トランスデューサを前記積層部品に対して相対的に移動させることにより、前記トランスデューサ本体の前記振動面を前記積層部品の前記湾曲部における大径側の曲面又は小径側の曲面に対向させることと、
    　前記積層部品の前記湾曲部と前記超音波トランスデューサの間に音響媒体を介在させた状態の下で、前記幅方向に並んだ複数の前記振動子によって構成されるいずれかの前記振動子群において、予め設定された送受信パターンに基づいて送信用の前記振動子及び受信用の前記振動子を前記幅方向に沿って切り替えつつ、送信用の前記振動子から送信された超音波を前記積層部品の前記湾曲部に入射させて、受信用の前記振動子によって前記積層部品の前記湾曲部側から反射波を受信して、受信用の前記振動子から受信信号に基づいて開口合成法による処理を行うことと、
    　その他全ての前記振動子群においても、送信用の前記振動子及び受信用の前記振動子を前記幅方向に沿って切り替えつつ、受信用の前記振動子から受信信号に基づいて開口合成法による処理を順次行うことにより、前記積層部品の前記湾曲部における前記内部欠陥の状態を検査することと
    を含むこと特徴とする超音波探傷方法。
  5. 　送信用の前記振動子は、前記トランスデューサ本体の前記振動面における前記幅方向の中間領域内に位置してあって、受信用の前記振動子は、送信用の前記振動子を前記幅方向の両側から挟むようになっていることを特徴とする請求項４に記載の超音波探傷方法。
  6. 　前記積層部品は、繊維強化複合材料により構成された航空機部品であることを特徴とする請求項４に記載の超音波探傷方法。
  7. 　前記音響媒体は、液体であることを特徴とする請求項４から請求項６のうちのいずれかの請求項に記載の超音波探傷方法。
  8. 　前記音響媒体は、固体であることを特徴とする請求項４から請求項６のうちのいずれかの請求項に記載の超音波探傷方法。
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